СТОХАСТИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР Российский патент 1996 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано для субоптимального оценивания нелинейных стохастических сигналов.

Известны субоптимальные фильтры, использующие аппроксимацию апостериорной плотности вероятности (АПВ) оцениваемого процесса гауссовской плотностью распределения в предположении возможности полиномиального представления коэффициентов основного уравнения фильтрации (Д.Снайдер. Метод уравнений состояния для непрерывной оценки в применении к теории связи. М. Энергия, 1973; В.И.Тихонов. Оптимальный прием сигналов. М. Радио и связь, 1983).

Недостатком рассмотренных фильтров является невозможность их использования для оценки выходных процессов нелинейных объектов, АПВ которых оказывается асимметричной, эксцессной или финитной.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является стохастический фильтр (Соколов С.В. Стохастический фильтр а.с. N 1675905, опубл. 7.9.91, БИ N 33, 5 G 06 F 15/36), построенный на основе аппроксимации АПВ системой плотностей Пирсона и содержащий группу блоков формирования апостериорных моментов, блок формирования коэффициентов фильтра и группу блоков формирования коэффициентов рекурсии.

Недостатком данного фильтра является сложность.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи упрощения устройства стохастического фильтра, позволяющего осуществлять оценивание стохастических сигналов, АПВ которых является асимметричной, эксцессной или финитной плотностью.

Подобная задача возникает при оценке негауссовских сигналов в системах связи, обработки информации и управления.

Сущность изобретения состоит в том, что для упрощения устройства в него введены группа из N блоков масштабных коэффициентов, группа из N сумматоров и группа N умножителей, входы всех блоков масштабных коэффициентов объединены с выходом шины единичного потенциала, а выходы подключены ко входах соответствующих сумматоров, вторые входы которых объединены и соединены с выходом блока формирования апостериорного среднего (БФАС), а выходы подключены ко входам умножителей, второй вход каждого умножителя соединен с выходом умножителя предыдущего канала, кроме входа первого умножителя, соединенного с выходом БФАС, а выходы всех умножителей подключены к соответствующим первым N входам БФАС, выход которого является выходом устройства.

Используя предложенную в прототипе идею аппроксимации АПВ асимметричной, эксцессной или финитной плотностью, выберем в качестве аппроксимирующей плотность χ²-распределения, моменты которого однозначно определены математическим ожиданием m₁
(1)
Синтез уравнения фильтра произведем аналогично предложенному в прототипе подстановкой связи (1) в систему уравнений апостериорных моментов, использованную в прототипе для формирования соответствующих уравнений фильтра-прототипа.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена функциональная схема предложенного фильтра.

Фильтр состоит из группы N масштабных блоков 1₁,1_N, группы N сумматоров 2₁,2_N, группы N умножителей 3₁,3_N, блока формирования апостериорного среднего 4 (БФАС) и блока вычисления коэффициентов ряда Тейлора 5 (БВКР).

Входными сигналами в данном устройстве аналогично фильтру-прототипу являются детерминированные временные функции α_o,...,α_N, a_i, -b_i, f_i, описанные подробно в прототипе, а также сигнал наблюдателя z_t и единичный постоянный сигнал с шины единичного потенциала "1". Сигнал z_t поступает на вход 5_z БВКР 5, на остальные входы которого поступают сигналы a₁, -b₁, . Исполнение блока 5 идентично исполнению одноименного блока 10₅ в прототипе, схема подключения его входов и выходов (а также обозначения входных сигналов) полностью совпадают с приведенным в прототипе. Сигналы с выходов БВКР 5 и со входов устройства поступают на соответствующие входы БФАС 4.

Схемное исполнение БФАС 4 идентично исполнению блока формирования апостериорного момента 10₁ в прототипе (фиг. 6), нумерация входов в БФАС также полностью соответствует блоку 10₁ фильтра-прототипа. Выход БФАС 4, являющийся выходом устройства, подключен к первым входам всех сумматоров 2₁,2_N и входу умножителя 3₁. Вторые входы сумматоров 2₁,2_N соединены с выходами соответствующих блоков масштабных коэффициентов 1₁,1_N, входы которых объединены со входом единичного потенциала "1". Выход сумматора 2_i подключен ко входу умножителя 3_i, второй вход которого соединен с выходом умножителя 3_i-1, а выход подключен ко входу 4_i БФАС 4.

Работа устройства организована аналогично работе прототипа:
в БВКР 5 происходит преобразование входных сигналов устройства, идентичное преобразованию в одноименном блоке 10₅ прототипа;
в БФАС 4 осуществляется формирование апостериорного среднего путем преобразования входных сигналов, совпадающего с преобразованием в блоке 10₁ прототипа.

Текущее значение m₁ поступает на вход каждого сумматора 2_i,i=1,N, где суммируется с сигналом, равным 2i и сформированным в блоке 1_i (масштабный коэффициент которого равен 2i), на вход блока 1_i в течение всего времени работы устройства подан единичный сигнал. С выхода сумматора 2_i сигнал (m₁ + 2i) поступает на вход умножителя 3_i, на второй вход которого с выхода умножителя 3_i-1 поступает сигнал, равный .

Таким образом, на выходе умножителей 3₁,3_N формируются текущие значения апостериорных моментов m₂,m_N+1, поступающие соответственно на входы 4₁,4_N+1 БФАС 4, с выхода которого снимается текущее значение искомой оценки апостериорного среднего m₁.

Изобретение относится к специализированной вычислительной технике и может быть использовано для субоптимального оценивания нелинейных стохастических сигналов. Сущность изобретения состоит в том, что для упрощения устройства в него введены группа из N масштабных блоков, группа из N сумматоров и группа N умножителей, входы всех масштабных блоков соединены с выходом шины единичного потенциала, а выходы подключены ко входам соответствующих сумматоров, вторые входы которых объединены и соединены с выходом блока формирования апостериорного среднего (БФАС), а выходы подключены ко входам умножителей, второй вход каждого умножителя соединен с выходом умножителя предыдущего канала, кроме входа первого умножителя, соединенного с выходом блока формирования апостериорного среднего, а выходы всех умножителей подключены к соответствующим первым N входам БФАС, выход которого является выходом устройства. 1 ил.

Стохастический фильтр, содержащий группу масштабных блоков, группу сумматоров, группу усилителей, блок формирования апостериорного среднего и блок вычисления коэффициентов ряда Тейлора, информационный вход задания коэффициентов которого является соответственно информационным входом фильтра и первой группой входов задания коэффициентов скоса и диффузии фильтра, вторая группа входов задания коэффициентов скоса и диффузии которого соединена с первой группой входов блока формирования апостериорного среднего, выход которого является входом фильтра, выходы масштабных блоков группы соединены с первыми входами одноименных сумматоров группы, выходы которых подключены к первым входам одноименных умножителей группы, выходы умножителей группы подключены к второй группе входов блока формирования апостериорного среднего, третья группа входов которого соединена с выходами блока вычисления коэффициентов ряда Тейлора, отличающийся тем, что в нем выходы блока формирования апостериорного среднего соединены с вторыми входами сумматоров группы и с вторым входом первого умножителя группы, выход каждого умножителя группы подключен к второму входу последующего умножителя группы, входы масштабных блоков соединены с шиной единичного потенциала фильтра.